## PREDIKSI SIFAT MATERIAL PRESSURE TRANSMITTING MEDIUM PADA QUASI-ISOSTATIC PRESSING MENGGUNAKAN

## FINITE ELEMENT ANALYSIS
Dede Sutarya 1 , Iqbal Ramadhian Pamungkas 2 , Hendri Sukma 2 , Agus Sartono Dwi Santosa 1 , Dedi Haryadi 1
1 Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir – BATAN Kawasan Puspiptek Serpong Gd.20 Tangerang Selatan, Banten 15314
2 Teknik Mesin Universitas – Pancasila Jalan Srengseng Sawah, Jagakarsa, Jakarta Selatan 12640 e-mail: dedes@batan.go.id
(Naskah diterima: 26–11–2018, Naskah direvisi: 02–12–2018, Naskah disetujui: 12–12–2018)

## ABSTRAK
PREDIKSI  SIFAT  MATERIAL PRESSURE  TRANSMITTING  MEDIUM PADA QUASI- ISOSTATIC PRESSING MENGGUNAKAN FINITE ELEMENT ANALYSIS . Teknik quasi-isostatik pressing merupakan  pengembangan  dari isostatic  pressing yang  dibuat  lebih  sederhana  dan efisien. Quasi-isostatic pressing mampu memberikan efek penekanan triaxial volumetrik sehingga dapat menghasilkan produk dengan densitas yang seragam. Dengan keunggulan tersebut, maka teknik quasi-isostatic pressing digunakan dalam proses fabrikasi bahan bakar bola ( pebble fuel ) untuk high  temperature  gas  cooled  reactor (HTGR).  Masalah  utama  penggunaan  teknik quasi- isostatic  pressing terletak  pada  material  hiper-elastis  sebagai pressure  transmitting  medium (PTM) untuk  mentranser  tekanan  statis  yang  seragam  ke  segala  arah  pada  proses  kompaksi. Oleh  karena  itu,  sifat  dan  karakteristik  material  PTM  yang  dibutuhkan  untuk quasi-isotatic pressing dengan  kondisi  batasan  proses  yang  diinginkan  harus  ditentukan.    Pada  penelitian  ini digunakan Finite  Element  Analysis (FEA) untuk mempredisksi sifat dan karakteristik (konstanta) material PTM untuk proses quasi-isostatic pressing dengan menggunakan model Mooney-Rivlin 2 dan  3  parameter  dan  metode single-acting  press .  Hasil  pengukuran  FEA  diperoleh  nilai C 10 sebesar 120 MPa, C 01 sebesar 49 MPa dan C 11 sebesar 10 Mpa, namun demikian, proses quasi- isostatic pressing pada kompaksi serbuk grafit masih belum terjadi secara sempurna. Penelitian lebih  lanjut  akan  dilakukan  dengan  perbaikan  secara  numerik  dan  penggunaan  model Mooney- Rivlin 5 hingga 9 parameter menggunakan metode double-acting press .
Kata  kunci : Quasi-isostatic  pressing , pebble  fuel,  Mooney-Rivlin,  pressure  transmitting  medium, finite element analysis

## ABSTRACT
MATERIAL  PROPERTIES  PREDICTION  OF  PRESSURE  TRANSMITTING  MEDIUM  ON QUASI-ISOSTATIC PRESSING USING FINITE ELEMENT ANALYSIS . Quasi-isostatic pressing technique is developed from isostatic pressing, which is made more simple and efficient. Quasi- isostatic pressing can provide the effect of volumetric triaxial  compaction, so that it can produce compaction with uniform density. With these advantages, the quasi-isostatic pressing technique is used  in  pebble  fuel  fabrication  process  for  high-temperature  gas-cooled  reactors  (HTGR).  The main problem in the quasi-isostatic pressing technique lies in need of hyperelastic material as a pressure  transmitting  medium  (PTM)  to  transmit  uniform  static  pressure  in  all  directions  in  the compacting process. Therefore, the properties and characteristics of the PTM material needed for quasi-isostatic  pressing  with  the  boundary  conditions  of  process  must  be  determined.  In  this paper  Finite  Element  Analysis  (FEA)  was  used  to  predict  the  properties  and  characteristics (constants) of PTM materials for the quasi-isostatic pressing process using Mooney-Rivlin 2 and 3 parameters and single-acting press methods. From the results of FEA experiments, C 10 values of 120 MPa, C 01 of 49 MPa and C 11 of 10 MPa were obtained. However, the quasi-isostatic pressing process for graphite powder compacting has not completed perfectly, so further research will be carried out with numerical improvement and the use of the Mooney-Rivlin 5 to 9 parameter model using double-acting press method.
Keywords : Quasi-isostatic pressing,  Pebble fuel,  Mooney-Rivlin,  Pressure  transmitting  medium, Finite element analysis.
Prediksi Sifat Material Pressure Transmitting Medium Pada Quasi-Isostatic Pressing Menggunakan Finite Element Analysis
(Dede Sutarya, Iqbal Ramadhian Pamungkas, Hendri Sukma, Agus Sartono Dwi Santosa, Dedi Haryadi)

## PENDAHULUAN
Quasi-Isostatic pressing (QIP) adalah suatu metode yang telah dikembangkan dari teknik hydrostatic pressing yang  hanya  mampu  memberikan efek penekanan biaksial . Sementara itu, QIP mampu memberikan efek penekanan triaxial volumetrik  pada  material  yang  ditekan (serbuk)  sehingga  mampu  menghasilkan produk  dengan  densitas  yang  seragam dengan sifat fisik dan mekanik yang baik[1]. Metode  QIP  tersebut  selain  menyediakan kompresi  volumetrik  (triaksial)  dari  bahan yang ditekan juga menggabungkan keuntungan  dari  penekanan  hidrostatik biaksial dan uniaksial statis[2, 3].
Medium yang
memancarkan tekanan  ( Pressure  Transmitting  Medium –
PTM)  isostatik  seragam  adalah  bahan elastomer  keras  ( synthetic  rubber ),  yang secara  bersamaan  merupakan  bagian  dari cetakan  ( mold )  yang  membentuk  hasil kompakan,  menyediakan  tekanan  internal dan  eksternal  terhadap  material  yang ditekan[4].
Saat  ini,  teknik  QIP  pada  bahan serbuk telah mendapatkan penerimaan luas dalam  produksi  komponen  keramik,  grafit, logam  dan  bahan  abrasif[5]  serta  proses fabrikasi  bahan  bakar  nuklir  berbentuk  bola ( pebble  fuel )  untuk  reaktor  HTGR.  Proses fabrikasi tersebut terdiri dari dua tahap yaitu kompaksi  awal  (pre-molding)  dan  kompaksi akhir  (final  molding)  dan  kedua  tahapan menggunakan teknik QIP untuk mengurangi sifat anisotropi[6,7].
Pressure transmitting medium (PTM)  merupakan  bagian  terpenting  dalam proses  kompaksi  dengan  teknik  QIP  untuk memastikan  tekanan  isostatic  proses  terjadi pada  serbuk  yang  dikompaksi.  Oleh  karena itu,  penelitian  ini  berfokus  pada  penentuan sifat material dari PTM dengan menggunakan Finite  Element  Analysis
(FEA) dan model Mooney- Rivlin. Hasil yang diperoleh  akan  menjadi  acuan  dalam menentukan  sifat  material  cetakan silicone
rubber yang  akan  dibuat.  Selain  itu, iInformasi  deformasi  dan  stress  dari  hasil FEA  dapat  menjadi  salah  satu  informasi acuan  untuk  memprediksi  cacat  dan kegagalan  yang  akan  muncul  pada  produk hasil kompakan.
a. Model material hyperelastic
Upaya  untuk  mempelajari  bahan dengan  perilaku  elsatik  non-linear,  yang mengalami  strain  besar  dengan  tekanan kecil  yang  diberikan  digunakan  versi  non- linear  dari  teori  elastisitas  klasik  yang dikembangkan  oleh  Ogden  [8].  Teori elastisitas  non-linear,  yang  merupakan dasar teoritis untuk studi bahan-bahan hiper- elastis,  seperti  karet  silikon  menggunakan fungsi energi regangan (W) untuk menggambarkan  dalam  bentuk  energi  dari perilaku mekanik bahan tersebut.
Untuk  menangkap  sifat  mekanis
non-linier  dari  bahan  karet  silicon  dalam penelitian  ini,  akan  digunakan  model Mooney-Rivlin  dengan  dua  parameter  dan tiga  parameter  dari  bahan  tersebut. Diasumsikan bahwa karet silikon berperilaku seperti  bahan  isotropik,  hiper-elastis  dan non-linear  [9].  Fungsi  energi  regangan  (W) kemudian  dapat  digambarkan  sebagai fungsi  dari  strain  invarianseperti  yang ditunjukkan pada persamaan (1) dan (2).
𝑊 = 𝑊(𝐼 1 , 𝐼 2 , 𝐼 3 ) (1) dengan,
𝐼 1 =  1 2 +  2 2 +  3 2
𝐼 2 =  1 2  2 2 +  2 2  3 2 +  1 2  3 2 (2)
𝐼 3 =  1 2  2 2  3 2
disini  1 ,  2 dan  3 adalah  prinsip peregangan. Dengan asumsi bahwa material  juga incompressible ( I 3 =  1),  maka Persamaan 1 menjadi (3).
𝑊 = 𝑊(𝐼 1 , 𝐼 2 ) (3)
Prinsip  stres Cauchy dapat  dinyatakan sebagai
fungsi peregangan seperti persamaan (4).
𝜎 𝑖 = 𝜆 𝑖 𝛿𝑊 𝛿𝜆 𝑖 + 𝑝     𝑖 = 1, 2, 3 (4)
dimana p adalah  tekanan  hidrostatik  yang dapat  ditentukan  dari  kondisi  batas[9]. Martins  dkk  melakukan  studi  perbandingan beberapa model material untuk prediksi sifat hiper-elastis,  dengan  aplikasi  untuk  karet silikon  dan  jaringan  lunak,  menggunakan data yang diperoleh dari uji tarik uniaksial[9].
Mooney-Rivlin  adalah  salah  satu model hiper-elastis yang pertama dikembangkan  pada  tahun  1940.  Saat  ini masih  banyak  digunakan,  karena  memiliki akurasi  yang  tinggi  ketika  memprediksi perilaku  non-linear  dari  isotropik,  bahan yang menyerupai karet[10].
Dua  parameter  model  material Mooney-Rivlin  dalam  bentuk  persamaan energi  regangan  dapat  dilihat  pada persamaan (5).
𝑊 = 𝐶 10 (𝐼 1 − 3) + 𝐶 01 (𝐼 2 − 3) (5)
dimana C 10 dan C 01 adalah  konstanta material  yang  ditentukan  secara  empiris melalui observasi dan analisa terhadap hasil eksperimen pemodelan, dan I 1 dan I 2 adalah invarian  pertama  dan  kedua  komponen unimodular  dari  tensor  deformasi  Cauchy- Green, secara berurutan.
Sementara itu, untuk tiga parameter model  material  Mooney-Rivlin  dalam  hal energi  regangan  dapat  digambarkan  seperti pada persamaan (6).
𝑊 = 𝐶 10 (𝐼 1 − 3) + 𝐶 01 (𝐼 2 − 3) + 𝐶 20 (𝐼 1 − 3) 2 (6)
di  mana  C 10 ,  C 01 dan  C 20 adalah  konstanta material  yang  ditentukan  secara  empiris melalui observasi dan analisa terhadap hasil eksperimen pemodelan.

## b.  Quasi-isotatic pressing
Quasi-isostatic pressing adalah pengembangan  dari  metode isostatic-
pressing sehingga  menjadi  lebih  sederhana dan  ekonomis,  dimana  volume  sistem berubah  pada  tingkatan  yang  cukup  lambat sehingga  memungkinkan  tekanan  tetap seragam dan konstan di seluruh sistem.
Quasi-isostatic  pressing merupakan teknologi  pencetakan  untuk  bahan  dasar berupa serbuk yang memungkinkan densitas  merata  pada  semua  bagian[11]. Proses  dilakukan  dengan  menggunakan peralatan hidrolik atau mekanisme kompresi standar.  Dalam  hal  desain  peralatan, instalasi  dan  kondisi  operasionalnya  tidak jauh  berbeda  dengan  teknik  kompresi konvensional.  Prinsip  dari quasi-isostatic pressing didasarkan  kepada  penggunaan bahan  elastis  sebagai  media  ( pressure transmitting  media )  untuk  mentranser tekanan static yang  seragam  ke  segala arah.    Proses quasi-isostatic  pressing diperlihatkan pada Gambar 1.
Gambar  1.  Ilustrasi  proses quasi-isostatic pressing.
Gambar  1  menunjukkan  bahwa bagian punch akan  bergerak  ke  bawah menekan Pressure  Transmitting  Medium (PTM).  Bila  PTM  memiliki  sifat  mampu mentransfer  tekanan  statik  yang  seragam dengan  baik,  maka  rongga  pada  PTM sesuai  dengan  bentuk  akhir  dari  hasil cetakan yang diinginkan.
c.  Finite Element Analysis (FEA)
Finite  Element  Analysis (FEA)  atau analisis  elemen  hingga  adalah  representasi matematis  dari  sistem  fisik  yang  terdiri  dari
Prediksi Sifat Material Pressure Transmitting Medium Pada Quasi-Isostatic Pressing Menggunakan Finite Element Analysis
(Dede Sutarya, Iqbal Ramadhian Pamungkas, Hendri Sukma, Agus Sartono Dwi Santosa, Dedi Haryadi)
bagian  sistem,  sifat  material  dan  kondisi batas.  Simulasi  numerik  dengan  metode finite  element (FEM)  saat  ini  umum dilakukan  dalam  operasi  manufaktur  di industri, cold  isostatic  pressing sebagian besar  didasarkan  pada  pengalaman  dan metodologi trial anderror . Saat ini, FEA telah diimplementasikan  untuk  simulasi  proses cold  isostatic  pressing [12,13].  Kesulitan utama  dalam  menggunakan  FEM  untuk simulasi isostatic  pressing bergantung  pada model  konstitutif strain  finite kompleks  dan perlakuan  numeriknya  serta  parameter spesifik    material  yang  harus  ditentukan melalui eksperimen [14].
FEA  digunakan  untuk  mengurangi jumlah  komponen  prototipe  fisik  dan eksperimen  serta  mengoptimalkan  fase desain dalam mengembangkan produk yang lebih baik dan cepat.

## METODOLOGI
Penelitian ini berfokus pada menentukan  sifat  material  dari Pressure Transmitting Media
(PTM) dengan menggunakan Finite  Element  Analysis
(FEA).  Diagram  alir FEA eksperimen  yang dilakukan  seperti  yang  ditunjukkan  pada Gambar 2.
Gambar 2. Diagram alir eksperimen FEA.
Proses  diawali  dengan  menentukan sifat  material  dari silicone  rubber yang  ada dan  material  nonlinear  yang  tersedia sebagai  sifat  dasar powder. Proses pemodelan  dilakukan,  kemudian  dianalisis hingga  menghasilkan  nilai  deformasi  dan stress dari silicone rubber dan powder yang diinginkan.  Hasil  yang  diperoleh  akan menjadi  arah  dari  sifat  material  cetakan silicone  rubber yang  akan  dibuat.  Hasil tersebut  diharapkan  adalah  deformasi  dan stress  yang  seragam  pada  setiap  bagian PTM  sehingga  tekanan  isostatik  yang ditransfer  merata  ke  segala  arah,  demikian juga  untuk powder sehingga  produk  hasil kompakan  memiliki  densitas  yang  seragam pada  setiap  bagian.  Bila  hasil  tidak  sesuai dengan  apa  yang  diharapkan,  maka  proses akan  diulang  dengan  mengubah  sifat material dari ke dua bahan tersebut.
a. Sifat dan karakteristik material
Pada  penelitian  ini  ada  3  (tiga) komponen  yang  sifat  materialnya  menjadi perhatian,  yaitu upper PTM, powder dan lower PTM. Upper punch diangap rigid atau memiliki  kekuatan  material  yang  jauh  lebih besar  dibandingkan  PTM  dan powder . Tekanan  silinder  hidrolik  yang  bekerja  pada upper punch dianggap tidak berpengaruh.
Upper PTM  dan lower PTM merupakan  material  yang  sama,  yaitu silicone  rubber .  Material  karet  silikon tergolong  dalam  elastomer  atau  termasuk dalam  material  hiper-elastis.  Pendekatan dengan model Mooney-Rivlin sangat populer untuk memodelkan perilaku nonlinier dengan  strain  yang  besar  pada  bahan incompressible .
Dikarenakan  lebih  fokus  pada perilaku  hyperelatic  dari  PTM  ( silicone rubber ),  maka  pendekatan  yang  dilakukan pada material powder menggunakan nonlinear general model .
b.  Meshing dan model kontak
Model  3D  (tiga  dimensi)  dari  proses quasi-isostatic pressing yang akan dilakukan
diperlihatkan  pada  Gambar  3.  Terdapat enam  buah  komponen,  yaitu upper  punch , upper  PTM , lower  PTM , powder , lower punch dan wall . Quasi-Isostatic  Pressing yang  akan didesain  menggunakan  silinder  hidrolik single-acting ,  sehingga  komponen lower punch tidak  bergerak.  Komponen lower punch dan wall tidak  dimodelkan  dalam analisis  ini,  tetapi  dirubah  menadi  kondisi batas dengan sifat perilaku yang sama.
Kemajuan  dalam Finite  Element Analysis (FEA)  menghasilkan  efisiensi,
peningkatan  kekuatan  perangkat  keras komputasi  dan  penyimpanan  yang  tersedia mengarah pada peningkatan dramatis dalam ukuran  dan  ruang  lingkup  model  FEA  yang dapat  dijalankan.  Ukurannya  tercermin dalam jumlah elemen atau kepadatan mesh yang  bisa  digunakan  dalam  pemodelan. Ruang  lingkupnya  terlihat  dalam  jenis analisis  yang  dijalankan  dengan  adanya kecenderungan  untuk  menjalankan  analisis yang  lebih  maju  yang  mencakup  realisme yang lebih besar dan kompleks.
Gambar 3. Model potongan 3D proses kompaksi quasi-isostatic
Analisis  maju,  seperti non-linear, fracture  mechanics dan  lainnya,  lebih menuntut  sumber  daya  komputasi  tinggi yang  memungkinkan  ada  saat  di  mana komponen  yang  sepenuhnya  dimodelkan membutuhkan  waktu  analisis  yang  sangat lama.  Pada  saat  itu,  dapat  dilakukan beberapa  teknik  penyederhanaan  model untuk  mengurangi  jumlah  elemen,  dan memungkinkan  untuk  menjalankan  analisis kompleks  dengan  sumber  daya  yang tersedia atau waktu yang lebih cepat.
Pendekatan  yang  dilakukan  pada penelitian  ini  menggunakan symmetry  2D Plane
Strain Analysis seperti yang ditunjukan pada Gambar 4. Gambar 4. 2D  mesh  simetri  dan  sudut kontak.
Prediksi Sifat Material Pressure Transmitting Medium Pada Quasi-Isostatic Pressing Menggunakan Finite Element Analysis
(Dede Sutarya, Iqbal Ramadhian Pamungkas, Hendri Sukma, Agus Sartono Dwi Santosa, Dedi Haryadi)
Gambar 5 menunjukkan pergerakan upper  punch menekan  karet  silikon  (PTM) dan kembali ke posisi semula. Dalam waktu 0  sampai  dengan  5  detik, upper  punch bergerak  menekan  karet  silikon  sejauh 7  mm  dengan  kecepatan  1,4  mm/s,
kemudian selama 5 detik upper punch tidak bergerak  dari  posisi  terakhirnya.  Pada  detik ke  10, upper  punch mulai  bergerak kembali ke  titik  awalnya  dengan  kecepatan  yang sama.  Pada  detik  ke  15  hingga  20, upper punch tidak bergerak dari posisi terakhirnya.
Gambar 5. Diagram pergerakan upper punch terhadap waktu.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Data  hasil  yang  ingin  diperoleh  dari Finite  Element  Analysis adalah  total deformasi  dan  tegangan equivalent  stress dari material  PTM dan serbuk, namun pada penelitian  ini  fokus  utamanya  adalah material  PTM  yang  sesuai  sehingga  kondisi proses quasi-isostatic pressing dapat diperoleh dalam proses kompaksi.
Data  hasil  eksperimen  dengan model  Mooney-Rivlin  dua  parameter  dan tiga  parameter  masing-masing  9  (sembilan) kali  pengulangan  menggunakan  perangkat lunak  ANSYSdiperlihatkan  pada  Tabel  1. Tabel  1,  menunjukkan  bahwa  deformasi PTM arah sumbu y pada posisi upper punch terbawah  (menekan  penuh)  bagian  atas U dy dan  bagian  bawah  PTM L dy ,  sedangkan deformasi  arah  sumbu x,  Mdy  dan  Mdx
nilainya sama seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.
Hasil  eksperimen trial  and  error yang  diperlihatkan  pada  Tabel  1,  dimana pada  setiap  eksperimen  dengan  variasi C 10 , C 01 dan C 11 deformasi, stress dan  bentuk (bulat)  hasil  kompakan  dianalisa.  Dari analisa  terhadap  hasil  eksperimen  dengan kriteria  distribus  deformasi  dan  stress  yang seragam diperoleh pada setiap bagian PTM serta powder .  Distribusi  deformasi  dan stress yang seragam pada PTM menunjukan bahwa tekanan isostatik merata pada  setiap  bagian  sehingga quasi-isotatic pressing terjadi,  untuk powder deformasi dan  stress  yang  seragam  menghasilkan densitas kompakan yang merata.
Berdasarkan  kriteria  tersebut,  diperoleh bahwa  eksperimen  ke-16  merupakan  hasil terbaik  yang  dilakukan  fiting  plot  dengan model Mooney-Rivlin.
Tabel 1. Data eksperimen model Mooney-Rivlin dua dan tiga parameter.
Pressure Trasmitting Medium (PTM) Mooney Rivlin No Konstan Deformasi maksimal (mm) C 10 (MPa) C 01 (MPa) C 11 (MPa) D (1/MPa) U dy L dy M dx , M dy Parameter 2 1 30.03 0.114 - 1.00E-06 -6.7729 -0.24233 1.6409 2 30 10 - 1.00E-06 -6.864 -0.14787 1.6864 3 30 15 - 1.00E-06 -6.8966 -0.11502 1.7028 4 30 30 - 1.00E-06 -9.9813 2.9415 -4.5334 5 120 40 - 1.00E-06 -9.9861 2.9457 -4.5235 6 120 60 - 1.00E-06 -9.9862 2.9459 -4.5226 7 120 50 - 1.00E-06 -9.9862 2.9458 -4.5231 8 120 120 - 1.00E-06 -9.9866 2.9462 -4.5208 9 120 180 - 1.00E-06 -9.9868 2.9464 -4.5197 Parameter 3 10 60 30 20 1.00E-06 -10.008 2.9666 -4.4851 11 60 30 20 1 -7.0016 -1.00E-02 1.7064 12 60 20 20 0 -10.01 2.9689 -4.4817 13 60 25 10 0 -9.9967 2.956 -4.5054 14 60 25 1 0 -9.985 2.9449 -4.5266 15 120 50 10 0 -9.9927 2.9521 -4.511 16 120 49 10 0 -9.9928 2.9521 -4.511 17 120 120 10 0 -9.9913 2.9507 -4.5122 18 120 120 120 0 -10.037 2.9943 -4.4305
Gambar 6.  Deformasi  PTM  arah  sumbu y bagian atas dan bawah serta x
Deformasi  dan  stress  karet  silikon (PTM)  ketika upper  punch pada  posisi terendah  ( upper  punch menekan  penuh PTM)  diperlihatkan  pada  Gambar  7(a)  dan 7(c), dimana pada saat itu terjadi deformasi dan  stress  dari  karet  silicon  yang  tertinggi. Pada  simulasi  posisi  ini  diambil  pada  waktu detik ke-7.5. Kemudian pada posisi relaksasi ketika upper  punch pada  posisi    tertinggi ( upper punch tidak menekan PTM)
diperlihatkan  pada  Gambar  7(b)  dan  7(d), dimana  pada  saat  itu  terjadi  deformasi  dan stress  terendah  dari  karet  silikon,  posisi  ini terjadi pada detik ke 20.
Pada  Gambar  7,  terlihat  deformasi dan  stress  pada  PTM  baik  pada  kondisi penekanan  penuh  ataupun  pada  saat relaksasi  tidak  merata,  hal  ini  menunjukan isostatic pressing belum terjadi sempurna.
Upper PTM Lower PTM
Prediksi Sifat Material Pressure Transmitting Medium Pada Quasi-Isostatic Pressing Menggunakan Finite Element Analysis
(Dede Sutarya, Iqbal Ramadhian Pamungkas, Hendri Sukma, Agus Sartono Dwi Santosa, Dedi Haryadi)
Gambar 7.  (a) Deformasi karet silikon pada posisi upper punch terendah.
(b) Deformasi karet silikon pada posisi upper punch tertinggi (relaksasi).
(c) Stress karet silikon pada posisi upper punch terendah.
(d) Stress karet silikon pada posisi upper punch tertinggi (relaksasi).
(a)
(d) (c) (b)
Gambar 8.   (a) Deformasi serbuk grafit pada posisi upper punch terendah.
(b) Deformasi serbuk grafit pada posisi upper punch tertinggi (relaksasi).
(c) Stress serbuk grafit pada posisi upper punch terendah.
(d) Stress serbuk grafit pada posisi upper punch tertinggi (relaksasi).
Sementara  itu,  untuk  serbuk  grafit, deformasi  dan  stress  diperlihatkan  pada Gambar  8.  Deformasi  dan  stress  serbuk grafit  diperlihatkan  pada  Gambar  8(a)  dan 8(c),  kondisi  tersebut  terjadi  ketika upper
punch pada  posisi    terendah  ( upper  punch menekan penuh PTM). Pada simulasi posisi ini  diambil  pada  waktu  proses  kompaksi detik ke-7.5. Kemudian pada posisi relaksasi ketika upper  punch pada  posisi  tertinggi
(a)
(d) (c) (b)
Prediksi Sifat Material Pressure Transmitting Medium Pada Quasi-Isostatic Pressing Menggunakan Finite Element Analysis
(Dede Sutarya, Iqbal Ramadhian Pamungkas, Hendri Sukma, Agus Sartono Dwi Santosa, Dedi Haryadi)
( upper punch tidak menekan PTM) deformasi dan stress serbuk grafit diperlihatkan  pada  Gambar  8(b)  dan  8(d), dimana  pada  saat  itu  terjadi  deformasi  dan stress terendah, kondisi ini terjadi pada detik ke  20  pada  simulasi  proses  kompaksi.  Dari Gambar  8,  terlihat  deformasi  dan  stress
serbuk  grafit  baik  pada  kondisi  penekanan penuh  ataupun  pada  saat  relaksasi  tidak merata,  hal  ini  menunjukan  bahwa  densitas hasil  kompakan  belum  seragam  dengan kata  lain  bahwa  proses quasi-isostatic pressing belum terjadi sempurna.
Gambar 9. Stress–Strain Mooney-Rivlin 3 parameter
Hasil  eksperimen Finite  Element Analysis (FEA),  diperoleh  model  Mooney- Rivlin  tiga  parameter  dari  material  karet silikon  dengan  nilai C 10 sebesar  120  MPa, C 01 sebesar  49  MPa  dan C 11 sebesar  10 MPa . Kurva  penyesuaian  ( curve  fitting ) untuk model Mooney-Rivlin tersebut kemudian diplotkan dan hasilnya ditunjukkan pada  Gambar  9.  Dengan  menggunakan parameter  material  C 10 ,  C 01 ,  dan  C 11 material PTM yang tepat akan dicari dengan plot stress-strain yang  sesuai  dengan  yang diperlihatkan  Gambar  9  dan  divalidasi dengan  eksperimen  terhadap  material  yang dipilih. Dari hasil analisis terhadap deformasi dan  stress  yang  terjadi  selama  proses kompaksi,  dapat  disimpulkan  bahwa quasi- isostatic  pressing belum  terjadi  sempurna.
Walaupun  demikian curve  fitting model Mooney-Rivlin  masih  harus  di  validasi dengan data eksperimen.

## SIMPULAN
Dari  hasil  FEA  diperoleh  bahwa proses quasi-isostatic pressing pada kompaksi  serbuk  grafit  masih  belum  terjadi secara  sempurna,  dimana karet  silikon sebagai Pressure  Transmitting  Medium (PTM) belum  mentransfer  tekanan static secara seragam.
Masih  perlu  dilakukan    penelitian  ke depan,  karena  proses quasi-isostatic belum terjadi  secara  sempurna,  sehingga  perlu dilakukan  penyempurnaan  atau  review terhadap  parameter  sifat  material  yang digunakan, perbaikan secara numeric dengan melakukan
iterasi kembali
menggunakan model Mooney-Rivlin 5 hingga 9  parameter  atau  menggunakan  metode double-acting press.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terimakasih kepada  staf  Pusat  Teknologi  Bahan  Bakar Nuklir–BATAN,  staf  Teknik  Mesin  Fakultas Teknik  Universitas  Pancasila  atas  bantuan mereka  selama  menjalankan  penelitian  dan diskusi yang sangat berarti untuk kelancaran penelitian  ini.    Penelitian  ini  dibiayai  oleh program  Insentif  Riset  Nasional  Flagship (Insinas  Flagship,  BATAN  -  RISTEKDIKTI) tahun 2018.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] M.  I.  Timokhova,  “Design  specifics  of quasi-isostatic  molds,” Refractories and  Industrial  Ceramics ,  vol.47  no.6, pp.344–347, 2006.
[2] M.I. Timokhova, “Quasi-isostatic
pressing of ceramic products,”
VNIIESM  Series  5  Keramicheskaya Promyshlennost , Moscow, 1990,
No.1, pp.1–68,.
[3] M.I. Timokhova, “Physical foundations of  the  quasi-isostatic  pressing  of powdered materials,” Novye Ogneupory , No. 12, pp.12–17, 2009.
[4] M.I.  Timokhova,  “Advantages  of quasi-isostatic  pressing  for  powder materials,” Refractories  and  Industrial Ceramics, vol.  53,  no.3,  pp.147–150, 2012.
[5] M.I. Timokhova,
“Quasi-isostatic
technique  for  powder  materials,” Novye Ogneupory , no. 11, pp. 31–34, 2003.
[6] C.  Tang  et  al.,”  Design  and manufacture  of  the  fuel  element  for the  10  MW  high  temperature  gas- cooled  reactor,” Nuclear  Engineering and  Design ,  vol.  218  ,  pp.  91–102, 2002.
[7] H.  Zhao  et  al.,”  Manufacture  and characteristics of spherical fuel elements  for  the  HTR-10,” Nuclear Engineering and Design, vol. 236, pp.
643–647, 2006.
[8] R.W.  Ogden,  ”Non-linear  elastic deformations,”  Dover  Publications Inc.,Mineola, NY, USA, 1984.
[9] Martins, et al,” A Comparative study of several material models for  prediction of  hyperelastic  properties:  Application to  silicone-rubber  and  soft  tissues,”
Strain ,  vol.  42,  no.  3,  pp.  135–147,
2006.
[10]  M.  Mooney,  ”A  theory  of  large  elastic deformation,” Journal  of  Applied Physics , vol. 11, 1940. [11]  M.I. Timokhova, “ Industrial technology for the automated
production  of  grinding  balls  by  quasi- isostatic  pressing,” Refractories  and Industrial Ceramics, No. 12, pp. 7–10,
2012.
[12]  A.  Khoei,  R.W.  Lewis  ”Adaptive  ﬁnite element remeshing in a
largedeformation  analysis  of  metal powder, ” International  Journal  for Numerical  Methods  in  Engineering , vol. 45, no. 7, pp. 801–820, 1999.
[13]  O.  Coube,  H.  Riedel,  ”Numerical simulation of metal powder diecompaction with special consideration  of  cracking,” Powder
Metallurgy , vol. 43, pp.123–131, 2000.
[14]  M. Szanto, et al.,”Experimental based ﬁnite  element  simulation  of  cold isostatic  pressing  of  metal  powders,” International  Journal  of  Mechanical Sciences , vol. 50, pp. 405–421, 2008.